Historia starożytnej fizyki greckiej

W czasach starożytnych systematyczne badanie podstawowych praw naturalnych nie było wielkim problemem. Troska pozostała przy życiu. Nauka, jaka istniała w tym czasie, składała się przede wszystkim z rolnictwa, a ostatecznie z inżynierii, aby poprawić codzienne życie rozwijających się społeczeństw. Na przykład żeglowanie statku wykorzystuje opór powietrza, tę samą zasadę, która utrzymuje samolot w powietrzu. Starożytni byli w stanie dowiedzieć się, jak konstruować i obsługiwać żaglówki bez precyzyjnych zasad tej zasady.

Starożytni są chyba najlepiej znani ze swoich astronomia, który nadal ma na nas duży wpływ. Regularnie obserwowali niebiosa, które uważano za boskie królestwo z Ziemią w jej centrum. Dla wszystkich było oczywiste, że słońce, księżyc i gwiazdy poruszały się po niebie w regularny sposób, i nie jest jasne, czy jakiś udokumentowany myśliciel starożytnego świata chciał zakwestionować ten geocentryczny punkt widzenia. Niezależnie od tego ludzie zaczęli identyfikować konstelacje na niebie i użyli tych znaków zodiaku do zdefiniowania kalendarzy i pór roku.

Matematyka rozwinęła się najpierw na Bliskim Wschodzie, chociaż dokładne pochodzenie różni się w zależności od tego, z którym historykiem rozmawia się. Jest prawie pewne, że matematyka powstała z myślą o prostym prowadzeniu dokumentacji w handlu i rządzie.

Egipt poczynił głębokie postępy w rozwoju podstawowej geometrii ze względu na potrzebę jasnego określenia terytorium rolnego po corocznej powodzi Nilu. Geometria szybko znalazła również zastosowanie w astronomii.

Jak Cywilizacja grecka powstały jednak ostatecznie stabilność - mimo faktu, że wciąż toczą się częste wojny - na to powstaje intelektualna arystokracja, inteligencja, która była w stanie poświęcić się systematycznym badaniom tych sprawy Euklides i Pitagoras to tylko kilka nazwisk, które rezonują na przestrzeni wieków w rozwoju matematyki z tego okresu.

W naukach fizycznych nastąpił również rozwój. Leucippus (V wiek p.n.e.) odmówił przyjęcia starożytnych nadprzyrodzonych wyjaśnień natury i kategorycznie ogłosił, że każde wydarzenie ma naturalną przyczynę. Jego uczeń, Demokryt, kontynuował tę koncepcję. Obaj byli zwolennikami koncepcji, że cała materia składa się z drobnych cząstek, które były tak małe, że nie można ich było rozbić. Cząstki te nazwano atomami, od greckiego słowa „niepodzielny”. To by były dwa tysiące lat zanim poglądy atomistyczne zyskały poparcie, a nawet jeszcze zanim pojawiły się dowody na poparcie spekulacja.

Podczas gdy jego mentor Platon (i jego mentor, Sokrates) byli znacznie bardziej zainteresowani filozofią moralną, filozofia Arystotelesa (384 - 322 p.n.e.) miała bardziej świeckie podstawy. Promował koncepcję, że obserwacja zjawisk fizycznych może ostatecznie doprowadzić do odkrycia rządzących nimi praw naturalnych zjawiska te, choć w przeciwieństwie do Leucippusa i Demokryta, Arystoteles uważał, że te prawa naturalne były ostatecznie boskie Natura.

Był to filozofia naturalna, nauka obserwacyjna oparta na rozumie, ale bez eksperymentów. Słusznie został skrytykowany za brak rygoru (jeśli wręcz nieostrożności) w swoich spostrzeżeniach. Na przykład jeden z rażących przykładów stwierdza, że ​​mężczyźni mają więcej zębów niż kobiety, co z pewnością nie jest prawdą.

Był to jednak krok we właściwym kierunku.

Jednym z zainteresowań Arystotelesa był ruch przedmiotów:

• Dlaczego kamień spada, gdy unosi się dym?
• Dlaczego woda płynie w dół, a płomienie tańczą w powietrzu?
• Dlaczego planety poruszają się po niebie?

Wyjaśnił to, mówiąc, że cała materia składa się z pięciu elementów:

• Ogień
• Ziemia
• Powietrze
• woda
• Eter (boska substancja niebios)

Cztery elementy tego świata się ze sobą wymieniają, a Eter był zupełnie innym rodzajem substancji. Każdy z tych ziemskich elementów miał naturalne królestwa. Na przykład istniejemy tam, gdzie królestwo Ziemi (ziemia pod naszymi stopami) styka się z królestwem Powietrza (powietrze wokół nas i tak wysoko, jak widzimy).

Naturalny stan przedmiotów, zdaniem Arystotelesa, znajdował się w spoczynku, w miejscu równoważącym elementy, z których zostały złożone. Dlatego ruch przedmiotów był próbą osiągnięcia przez obiekt naturalnego stanu. Skała spada, ponieważ królestwo Ziemi jest w dole. Woda płynie w dół, ponieważ jej królestwo naturalne znajduje się pod królestwem Ziemi. Dym unosi się, ponieważ składa się zarówno z Powietrza, jak i Ognia, dlatego próbuje dotrzeć do wysokiego królestwa Ognia, dlatego też płomienie rozciągają się w górę.

Arystoteles nie próbował matematycznie opisać obserwowanej rzeczywistości. Chociaż sformalizował Logikę, uważał matematykę i świat przyrody za zasadniczo niezwiązane. Jego zdaniem matematyka dotyczyła niezmiennych przedmiotów pozbawionych rzeczywistości, podczas gdy jego naturalna filozofia koncentrowała się na zmienianiu przedmiotów z ich własną rzeczywistością.

Oprócz pracy nad impetem lub ruchem obiektów, Arystoteles przeprowadził szeroko zakrojone badania w innych obszarach:

• stworzył system klasyfikacji, dzieląc zwierzęta o podobnych cechach na „rodzaje”.
• w swojej pracy Meteorologia badał naturę nie tylko wzorców pogodowych, ale także geologii i historii naturalnej.
• sformalizował system matematyczny o nazwie Logika.
• obszerne prace filozoficzne nad naturą relacji człowieka do boskości, a także względy etyczne

Dzieło Arystotelesa zostało odkryte przez uczonych w średniowieczu i został ogłoszony największym myślicielem starożytnego świata. Jego poglądy stały się filozoficzną podstawą Kościoła katolickiego (w przypadkach, gdy nie bezpośrednio zaprzeczają Biblii), a w następnych stuleciach obserwacje niezgodne z Arystotelesem zostały potępione jako heretyk. To jedna z największych ironii, że taki zwolennik nauk obserwacyjnych zostałby wykorzystany do zahamowania takiej pracy w przyszłości.

Archimedes (287 - 212 p.n.e.) jest najbardziej znany z klasycznej opowieści o tym, jak odkrył zasady gęstości i pływalności podczas kąpieli, natychmiast powodując, że biegnie ulicami Syrakuz nago krzycząc „Eureka!” (co z grubsza przekłada się na „Znalazłem to!"). Ponadto znany jest z wielu innych znaczących osiągnięć:

• nakreślił matematyczne zasady dźwigni, jednej z najstarszych maszyn
• stworzyli skomplikowane systemy kół pasowych, podobno zdolne do poruszania pełnowymiarowym statkiem poprzez pociągnięcie za jedną linę
• zdefiniował pojęcie środka ciężkości
• stworzył pole statyki, używając greckiej geometrii do znalezienia stanów równowagi dla obiektów, które byłyby obciążające dla współczesnych fizyków
• podobno zbudował wiele wynalazków, w tym „śrubę wodną” do nawadniania i machin wojennych, które pomogły Syrakuzom przeciwko Rzymowi w pierwszej wojnie punickiej. Niektórzy przypisują mu wynalezienie drogomierza w tym czasie, choć nie zostało to udowodnione.

Być może największym osiągnięciem Archimedesa było jednak pogodzenie wielkiego błędu Arystotelesa polegającego na oddzieleniu matematyki od natury. Jako pierwszy fizyk matematyczny pokazał, że matematyka szczegółowa może być stosowana z kreatywnością i wyobraźnią zarówno w przypadku wyników teoretycznych, jak i praktycznych.

Hipparchus (190 - 120 p.n.e.) urodził się w Turcji, choć był Grekiem. Przez wielu uważany jest za największego astronoma obserwacyjnego starożytnej Grecji. Dzięki opracowanym przez siebie tabelom trygonometrycznym rygorystycznie zastosował geometrię do badań astronomicznych i był w stanie przewidzieć zaćmienia Słońca. Studiował także ruch słońca i księżyca, obliczając z większą precyzją niż ktokolwiek przed nim ich odległość, rozmiar i paralaksę. Aby pomóc mu w tej pracy, udoskonalił wiele narzędzi używanych podczas obserwacji gołym okiem. Zastosowana matematyka wskazuje, że Hipparch mógł studiować matematykę babilońską i był odpowiedzialny za dostarczenie części tej wiedzy do Grecji.

Podobno Hipparch napisał czternaście książek, ale jedynym bezpośrednim dziełem, które pozostało, był komentarz do popularnego wiersza astronomicznego. Historie mówią o Hipparchie, który obliczył obwód Ziemi, ale jest to w jakimś sporze.

Ostatni wielki astronom starożytnego świata był Klaudiusz Ptolemaeus (znany jako Ptolemeusz potomności). W II wieku n.e. napisał streszczenie starożytnej astronomii (mocno zapożyczone z Hipparchus - jest to nasze główne źródło wiedzy o Hipparchusie), który stał się znany Arabia as Almagest (najwspanialszy). Formalnie nakreślił geocentryczny model wszechświata, opisując serię koncentrycznych kół i sfer, po których poruszały się inne planety. Kombinacje musiały być niezwykle skomplikowane, aby uwzględnić obserwowane ruchy, ale jego praca była wystarczające, aby przez czternaście stuleci było postrzegane jako kompleksowe oświadczenie o niebie ruch.

Jednak wraz z upadkiem Rzymu stabilność, która wspiera takie innowacje, wymarła w świecie europejskim. Duża część wiedzy zdobytej przez starożytny świat zaginęła w średniowieczu. Na przykład spośród 150 renomowanych dzieł arystotelesowskich, obecnie istnieje tylko 30, a niektóre z nich to niewiele więcej niż notatki z wykładów. W tym wieku odkrycie wiedzy leżałoby na Wschodzie: na Chinach i na Bliskim Wschodzie.